單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1、57 單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1. 為小容量的電動(dòng)機(jī)，從幾瓦到幾百瓦；為小容量的電動(dòng)機(jī)，從幾瓦到幾百瓦； . 2. 由單相交流電源供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；由單相交流電源供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)； 3. 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。 所以單相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用于所以單相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用于電風(fēng)扇電風(fēng)扇、洗衣機(jī)洗衣機(jī)、電唱機(jī)電唱機(jī)、吸吸塵器塵器、醫(yī)療器械醫(yī)療器械及及自動(dòng)控制裝置自動(dòng)控制裝置中。中。一、一、 單相異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng) 單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠

2、式單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式 。 當(dāng)接入單相交流電源時(shí)，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生一個(gè)當(dāng)接入單相交流電源時(shí)，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生一個(gè)如圖所如圖所示示的脈動(dòng)磁場(chǎng)。的脈動(dòng)磁場(chǎng)。 由上可見(jiàn)：由上可見(jiàn)： 此磁場(chǎng)在空間并不旋轉(zhuǎn)，此磁場(chǎng)在空間并不旋轉(zhuǎn)，只是磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小只是磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間作正弦變化，隨時(shí)間作正弦變化， 即即 tsinBBm 在電機(jī)系統(tǒng)中，常把磁通大小隨時(shí)間做正弦變化的磁場(chǎng)稱在電機(jī)系統(tǒng)中，常把磁通大小隨時(shí)間做正弦變化的磁場(chǎng)稱脈動(dòng)脈動(dòng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)曲線，其磁場(chǎng)曲線如圖如圖(a)所示所示 可以證明，一個(gè)空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁可以證明，

3、一個(gè)空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁場(chǎng)（用磁感應(yīng)強(qiáng)度場(chǎng)（用磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示），可以分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等而方向相反表示），可以分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等而方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 和和 ，如圖（，如圖（b）所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：）所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：1mB2mB221/BBBmmm 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速為：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速為： pfn600 如果僅有一個(gè)單相繞組，則在通電前轉(zhuǎn)子原來(lái)是靜止的，通電如果僅有一個(gè)單相繞組，則在通電前轉(zhuǎn)子原來(lái)是靜止的，通電后轉(zhuǎn)子仍將靜止不動(dòng)。后轉(zhuǎn)子仍將靜止不動(dòng)。 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別作用于鼠籠式轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別作用于鼠籠式轉(zhuǎn)子而

4、產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)矩，矩，如圖所示如圖所示。 若此時(shí)用手拔動(dòng)它，轉(zhuǎn)子便順著拔動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，最后達(dá)到若此時(shí)用手拔動(dòng)它，轉(zhuǎn)子便順著拔動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。 單相單相 異步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有異步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)能力啟動(dòng)能力，但一經(jīng)推動(dòng)后，它卻能轉(zhuǎn)動(dòng)起，但一經(jīng)推動(dòng)后，它卻能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。來(lái)。 由此可得出結(jié)論：由此可得出結(jié)論： （1）在脈動(dòng)磁場(chǎng)作用下的單相異步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)能力，即啟）在脈動(dòng)磁場(chǎng)作用下的單相異步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)能力，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零；動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零； （2）單相異步電動(dòng)機(jī)一旦啟動(dòng)，它能自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，）單相異步電動(dòng)機(jī)一旦啟動(dòng)，它能自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)方向不固

5、定，完全取決于啟動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向。其旋轉(zhuǎn)方向不固定，完全取決于啟動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向。 因此，要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用問(wèn)題，首先必須解決它的因此，要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用問(wèn)題，首先必須解決它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。 二、單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法二、單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 單相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)若能產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就可以建立單相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)若能產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就可以建立啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而自行啟動(dòng)，下面介紹常見(jiàn)的單相異步電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而自行啟動(dòng)，下面介紹常見(jiàn)的單相異步電動(dòng)機(jī)。 電容分相式異步電動(dòng)機(jī)電容分相式異步電動(dòng)機(jī) 如圖所示如圖所示為電容分相式為電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的接線原理圖。異步電動(dòng)

6、機(jī)的接線原理圖。 當(dāng)選擇參數(shù)使當(dāng)選擇參數(shù)使BY繞組中的電流在相位上超前繞組中的電流在相位上超前AX繞組中的電流繞組中的電流900時(shí)，通電后能在定、轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，時(shí)，通電后能在定、轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖所示如圖所示： 在此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，鼠籠轉(zhuǎn)子將跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)。在此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，鼠籠轉(zhuǎn)子將跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)。 若在啟動(dòng)繞組若在啟動(dòng)繞組BY支路中，接入支路中，接入一離心開(kāi)關(guān)一離心開(kāi)關(guān)QC，如圖所示。電動(dòng)機(jī)，如圖所示。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值附近時(shí)，啟動(dòng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值附近時(shí)，借離心力的作用，將借離心力的作用，將QC打開(kāi)，此后打開(kāi)，此后電動(dòng)機(jī)就成為單相運(yùn)

7、行了，此種結(jié)電動(dòng)機(jī)就成為單相運(yùn)行了，此種結(jié)構(gòu)型式的電動(dòng)機(jī)，稱為電容分相式構(gòu)型式的電動(dòng)機(jī)，稱為電容分相式電動(dòng)機(jī)。也可不用離心開(kāi)關(guān)，即在電動(dòng)機(jī)。也可不用離心開(kāi)關(guān)，即在運(yùn)行時(shí)并不切斷電容支路。運(yùn)行時(shí)并不切斷電容支路。 值得指出，欲使電動(dòng)機(jī)反值得指出，欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，不能像三相異步電動(dòng)機(jī)那轉(zhuǎn)，不能像三相異步電動(dòng)機(jī)那樣掉換兩根電源線來(lái)實(shí)現(xiàn)，必樣掉換兩根電源線來(lái)實(shí)現(xiàn)，必須以掉換電容器須以掉換電容器C的串聯(lián)位置的串聯(lián)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖所示如圖所示，即改變，即改變QB的接通位置，就可改變旋轉(zhuǎn)磁的接通位置，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。洗衣機(jī)中的電動(dòng)機(jī)，就反轉(zhuǎn)。洗

8、衣機(jī)中的電動(dòng)機(jī)，就是靠定時(shí)器中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是靠定時(shí)器中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種切換的。來(lái)實(shí)現(xiàn)這種切換的。48 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 定子定子：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對(duì)稱繞：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對(duì)稱繞組，并通有對(duì)稱三相交流電流）、機(jī)座以及端蓋等主要部件組成組，并通有對(duì)稱三相交流電流）、機(jī)座以及端蓋等主要部件組成 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵(lì)磁繞組、特別設(shè)置：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵(lì)磁繞組、特別設(shè)置的鼠籠型啟動(dòng)繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。的鼠

9、籠型啟動(dòng)繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。 同步電動(dòng)機(jī)按同步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子主磁極的形狀轉(zhuǎn)子主磁極的形狀分為隱極式和凸極分為隱極式和凸極式兩種，它們的結(jié)式兩種，它們的結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖所示。如圖所示。 二、同步電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性二、同步電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性 1工作原理工作原理 同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理可用同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理可用下圖下圖來(lái)說(shuō)明。來(lái)說(shuō)明。 電樞繞組通以對(duì)稱三相交流電流后，氣隙中便產(chǎn)生一電樞旋轉(zhuǎn)電樞繞組通以對(duì)稱三相交流電流后，氣隙中便產(chǎn)生一電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速pfn600 在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通以直流電流后，在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通以直流電流后，同

10、一空氣隙中，又出現(xiàn)一個(gè)大小和極性固同一空氣隙中，又出現(xiàn)一個(gè)大小和極性固定、極對(duì)數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的直流勵(lì)定、極對(duì)數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的直流勵(lì)磁磁場(chǎng)。這兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用，使轉(zhuǎn)子磁磁場(chǎng)。這兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用，使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖著以同步轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)，被電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖著以同步轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)，即即“同步同步”電動(dòng)機(jī)也由此而得名。電動(dòng)機(jī)也由此而得名。 2機(jī)械特性機(jī)械特性 在電源頻率在電源頻率f 與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)p為一定的情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)為一定的情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為一常數(shù)，速為一常數(shù)，n=n0，因此同步電動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的運(yùn)，因此同步電動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度

11、是不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化的。同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性轉(zhuǎn)速度是不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化的。同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖所示如圖所示。 三、同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三、同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)雖具有功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)雖具有功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn),但卻沒(méi)有像異步電但卻沒(méi)有像異步電動(dòng)機(jī)那樣得到廣泛應(yīng)用，這不僅是由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴，而動(dòng)機(jī)那樣得到廣泛應(yīng)用，這不僅是由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴，而且它的啟動(dòng)困難。且它的啟動(dòng)困難。如圖所示如圖所示 ： 為了啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，采用了異步啟動(dòng)法，即在轉(zhuǎn)子磁極的極為了啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，采用了異步啟動(dòng)法，即在轉(zhuǎn)子磁極的極掌上裝有和鼠籠繞組相似的啟動(dòng)繞組，掌上裝有和鼠籠繞組相似

12、的啟動(dòng)繞組，如圖所示如圖所示。 啟動(dòng)時(shí)先不加入直流磁場(chǎng)，只在定子上加上三相對(duì)稱電壓以啟動(dòng)時(shí)先不加入直流磁場(chǎng)，只在定子上加上三相對(duì)稱電壓以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 等轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再在勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流，等轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再在勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生固定磁極的磁場(chǎng)，在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用下，產(chǎn)生固定磁極的磁場(chǎng)，在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用下，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。 同步電動(dòng)機(jī)異同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)法原理接線步啟動(dòng)法原理接線圖圖如圖所示如圖所示。 啟動(dòng)步驟如下：?jiǎn)?dòng)步驟如下： 1）勵(lì)磁電路的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)）勵(lì)磁電路的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QB投合到投合到

13、1的位置，使勵(lì)磁繞組與直的位置，使勵(lì)磁繞組與直流電源斷開(kāi)，直接通過(guò)變阻器構(gòu)成閉合回路以免啟動(dòng)時(shí)歷次繞組受流電源斷開(kāi)，直接通過(guò)變阻器構(gòu)成閉合回路以免啟動(dòng)時(shí)歷次繞組受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢(shì)，發(fā)生危險(xiǎn)；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢(shì)，發(fā)生危險(xiǎn)； 2）按鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的方法啟動(dòng)，給同步電動(dòng)機(jī)的定子繞）按鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的方法啟動(dòng)，給同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組加上額定電壓，時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近同步轉(zhuǎn)速。必要時(shí)可采用組加上額定電壓，時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近同步轉(zhuǎn)速。必要時(shí)可采用降壓?jiǎn)?dòng)；降壓?jiǎn)?dòng)； 3）將勵(lì)磁電路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)）將勵(lì)磁電路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QB投合到投合到2的位置，勵(lì)磁繞組與直流的位置，勵(lì)磁繞組與直流

14、電源接通，轉(zhuǎn)子上形成固定磁極，并很快被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖入同步；電源接通，轉(zhuǎn)子上形成固定磁極，并很快被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖入同步； 4）用變阻器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)到）用變阻器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)到要求數(shù)值。要求數(shù)值。 四、同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)四、同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 1. 由于同步電動(dòng)機(jī)的是雙重勵(lì)磁和異步啟動(dòng)，故它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；由于同步電動(dòng)機(jī)的是雙重勵(lì)磁和異步啟動(dòng)，故它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 2. 由于需要直流電源、啟動(dòng)以及控制設(shè)備，故它的一次性投入由于需要直流電源、啟動(dòng)以及控制設(shè)備，故它的一次性投入要比異步電動(dòng)機(jī)高得多；要比異步電動(dòng)機(jī)高得多； 3. 同步電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行速度恒定、功率因數(shù)可調(diào)、運(yùn)行效率高同步